Xây dựng phương pháp dẫn, điều khiển tự động hạ cánh cho UAV-MiG-21

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP DẪN, ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG<br /> HẠ CÁNH CHO UAV-MiG-21<br /> Lê Ngọc Lân1*, Nguyễn Vũ2, Hoàng Minh Đắc1<br /> Tóm tắt: Bài báo đề cập đến quá trình tự động hạ cánh cho máy bay MiG-21 khi<br /> thực hiện hoán cải thành UAV-MiG-21. Nội dung nghiên cứu đề xuất một phương<br /> pháp xây dựng quỹ đạo hạ cánh mới cho MiG-21 khi thực hiện hoán cải thành<br /> UAV-MiG-21 trong gian đoạn tiếp cận hạ cánh và hạ cánh trực tiếp trong kênh dọc<br /> và kiểm tra khả năng thực hiện bám quỹ đạo hạ cánh tự động của UAV-MiG-21.<br /> Phương pháp mới đảm bảo máy bay hạ cánh tiếp đất với tốc độ rơi xuống (tốc độ<br /> thẳng đứng) nhỏ mà vẫn đảm bảo không kéo dài quãng đường kéo bằng. Kết quả<br /> mô phỏng cho thấy phương pháp dẫn mới tốt hơn với với phương pháp bám theo<br /> quỹ đạo hàm mũ thường được sử dụng trước đây.<br /> Từ khóa: Hạ cánh trực tiếp; Phương pháp dẫn tự động hạ cánh; MiG-21.<br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Hiện nay phương tiện bay không người lái (UAV) đang là xu hướng phát triển<br /> của nhiều nước, chúng được ứng dụng rộng rải trong dân sự đặc biệt là quân sự.<br /> Trong các xu hướng phát triển đó xu hướng hoán cải máy bay chiến đấu thành máy<br /> bay không người lái đã được nhiều nước quan tâm và thực hiện thành công. Trong<br /> các nội dung thực hiện nghiên cứu phương tiện bay không người lái, vấn đề nghiên<br /> cứu tự động quá trình cất/hạ cánh là những nội dung không thể thiếu, đặc biệt là<br /> quá trình hạ cánh.<br /> Quá trình hạ cánh là một quá trình phức tạp ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn<br /> bay và là một trong những quá trình xảy ra nhiều sự cố mất an toàn nhất. Trong<br /> quá trình hạ cánh giai đoạn hạ cánh trực tiếp là giai đoạn phức tạp tiềm ẩn nhiều<br /> nguy cơ mất an toàn. Giai đoạn hạ cánh trực tiếp, bài toán thông thường được phân<br /> ra làm 2 kênh là kênh chuyển động dọc và kênh chuyển động cạnh. Trong chuyển<br /> động cạnh bài toán được quan tâm giải quyết vần đề hạ cánh khi có gió cạnh; bài<br /> toán chuyển động dọc quan tâm đến vị trí, trạng thái và đặc biệt là tốc độ rơi xuống<br /> VzTD của máy bay khi tiếp đất. Tốc độ rơi xuống tiếp đất ảnh hưởng lớn và là tham<br /> số quan trọng ảnh hưởng đến an toàn khi thực hiện hạ cánh trong kênh dọc.<br /> Hiện nay có nhiều nghiên cứu về hạ cánh tự động cho UAV và máy bay trong<br /> gian đoạn hạ cánh trực tiếp trong kênh dọc, các nghiên cứu đã thực hiện bám theo<br /> quỹ đạo hàm mũ [1], [2], [3], [4]. Khi thực hiện theo quỹ đạo hàm mũ để giảm giá<br /> trị tốc độ rơi xuống thì cần tăng quãng đường bay tiếp cận đường băng khi hạ cánh<br /> [1]. Do đó trong bài báo của tác giả sẽ đề xuất một dạng quỹ đạo hạ cánh mới, máy<br /> bay sẽ thực hiện bám theo hai quỹ đạo cong nối tiếp nhau, khi hạ cánh máy bay có<br /> tốc độ rơi xuống nhỏ mà vẫn đảm bảo được quãng đường hạ cánh ngắn.<br /> Trong phần 2 của bài báo trình bày tổng quan các giai đoạn hạ cánh và xây<br /> dựng quỹ đạo hạ cánh cho UAV-MiG-21 trong không gian. Phần 3 đi vào xây<br /> dựng thuật dẫn và điều khiển máy bay hạ cánh trong gian đoạn tiếp cận và hạ cánh<br /> trực tiếp, trong đó tập trung vào bài toán cơ động hạ cánh trong mặt phẳng thẳng<br /> đứng (kênh dọc). Phần 4 là các kết quả mô phỏng khi sử dụng mô hình máy bay<br /> MiG-21 [7] để khảo sát, nhận xét, đánh giá. Phần 5 là kết luận đánh giá những<br /> điểm mới và những điểm cần nghiên cứu trong thời gian tới.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 143<br />  Tên lửa & Thiết bị bay<br /> <br /> 2. CÁC GIAI ĐOẠN VÀ XÂY DỰNG QUỸ ĐẠO CƠ ĐỘNG HẠ CÁNH<br /> 2.1. Các giai đoạn hạ cánh<br /> - Giai đoạn 1: Dẫn máy bay đến khu vực cách sân bay khoảng 200250km,<br /> điểm dẫn cho trước là vị trí đài dẫn đường gần.<br /> - Giai đoạn 2: Giai đoạn này được gọi là giai đoạn xuyên mây, được tính từ<br /> khi máy bay nằm trong trong khu vực quét của đài vô tuyến dẫn đường gần, máy<br /> bay hạ độ cao xuống điểm A nằm trên đường hạ cánh chuẩn, cách đầu đường băng<br /> 21km; hoặc các điểm lệch phải và lệch trái so với điểm A là 8km.<br /> - Giai đoan 3: là giai đoạn cơ động vào hạ cánh, quỹ đạo cơ động từ cuối quá<br /> trình xuyên mây đến trục của đường băng để tiến hành giai đoạn hạ cánh. Khi độ<br /> cao và cự ly phù hợp khi đến trục của đầu đường băng thì mới thực hiện giai đoạn<br /> 4 (nếu không sẽ vòng lại hạ cánh).<br /> - Giai đoạn 4: Giai đoạn hạ cánh, quỹ đạo thực hiện được thiết lập trên cơ sở<br /> đường giao của 2 cánh sóng đài tầm và đài hướng. Mặt phẳng của 2 cánh sóng sẽ<br /> tạo ra đường hạ cánh chuẩn với góc nghiêng quỹ đạo của đường hạ cánh chuẩn là<br /> 2.5040, giai đoạn này máy bay sẽ sử dụng các tín hiệu lệch tầm và lệch hướng.<br /> Giai đoạn hạ theo đường hạ cánh chuẩn thường kết thúc ở độ cao khoảng<br /> 3060m (đối với các sân bay của ta hiện nay theo chuẩn CAT II, với các sân bay<br /> hiện đại có chuẩn CATIIIA: h